【正文】 分析其他各種問題，尤其是熱分析中的場問題，甚至成了該領(lǐng)域主要的分析方法。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）帶輪淬火過程的有限元分析摘 要【為分析帶輪淬火過程中的各場量變化情況，利用ANSYS的熱分析功能對帶輪進(jìn)行瞬態(tài)熱傳遞分析。以采用實(shí)體單元離散帶輪模型及設(shè)定時(shí)間歷程變量的方法來研究鍛造帶輪在終鍛后進(jìn)行淬火的過程，分析其表面到中心各個(gè)部分的溫度變化。應(yīng)用計(jì)算機(jī)這一先進(jìn)手段，以有限元理論為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)值模擬，可以提高產(chǎn)品加工質(zhì)量，省時(shí)省力，降低成本。由于淬火過程本身的復(fù)雜性，特別是淬火引起的固態(tài)相變的多樣性與復(fù)雜性以及傳熱和彈塑性變形之間的交互作用，分析工作存在著相當(dāng)?shù)碾y度；另外，在實(shí)時(shí)檢測各物理量的變化方面，也存在一定的難度。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值計(jì)算方法的發(fā)展，使材料熱加工過程的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛。本文利用有限元法模擬帶輪在機(jī)械加工后進(jìn)行的熱處理（淬火）過程，并分析其內(nèi)部溫度的變化。有限元法在熱分析領(lǐng)域遵循熱力學(xué)第一定律：QW=△U+△KE+△PE式中： Q——熱量；W——所做的功；△U——系統(tǒng)內(nèi)能；△KE——系統(tǒng)動(dòng)能；△PE——系統(tǒng)勢能；淬火過程是一個(gè)溫度、相變、應(yīng)力、應(yīng)變相互影響的高度非線性過程。在該過程中，熱傳導(dǎo)系數(shù)、換熱系數(shù)、定壓比熱等熱物性參數(shù)及各種生成相的含量隨時(shí)間的變化而改變?！康?章 問題描述 設(shè)置帶輪初始條件淬火就是將金屬工件加熱到某一適當(dāng)溫度并保持一段時(shí)間，隨即浸入淬冷介質(zhì)中快速冷卻的金屬熱處理工藝。在分析之前首先對帶輪初始條件設(shè)置一下：（1） 設(shè)帶輪的初始溫度為500攝氏度，將其突然放進(jìn)溫度為0℃的水中，使其完成淬火過程。（2） 帶輪的的零件結(jié)構(gòu)示意圖如圖11所示（圖中長度單位為mm），它的三維模型如圖12所示。表11 帶輪的材料熱性能參數(shù)密度kg/m3導(dǎo)熱系數(shù)W/(m*℃)比熱J/(kg. ℃)240070328第2章 問題的分析 瞬態(tài)熱分析瞬態(tài)熱分析用于計(jì)算一個(gè)系統(tǒng)的隨時(shí)間變化的溫度及其它熱參數(shù)。瞬態(tài)熱分析的基本步驟與穩(wěn)態(tài)熱分析類似，瞬態(tài)熱分析中使用的單元與穩(wěn)態(tài)熱分析相同，主要的區(qū)別是瞬態(tài)分析中的載荷是隨時(shí)間變化的。載荷－時(shí)間曲線中的每一個(gè)拐點(diǎn)為一個(gè)載荷步。 分析模型的選擇 建立有限元模型時(shí)需要考慮的因素很多，不同的問題所需要考慮的側(cè)重點(diǎn)也不一樣。而精度和規(guī)模是一對相互矛盾的因素。所以建模時(shí)應(yīng)根據(jù)具體的分析對象、分析要求和分析條件權(quán)衡考慮。（2） 邊界條件 帶輪在淬火過程中的邊界條件是對稱，帶輪是整體的受熱，對于以軸線的旋轉(zhuǎn)體，溫度在各個(gè)旋轉(zhuǎn)角度的變化情況是相同的，而且在突然放進(jìn)0℃的水中時(shí)，帶輪的各個(gè)角度的部位受溫度影響也是一樣的?；谝陨系膸c(diǎn)分析，我們在做有限元分析時(shí)沒有必要對整個(gè)帶輪進(jìn)行分析，只需要對帶輪的一部分做分析，就能得到滿意的答案。的角度）作為帶輪的分析幾何模型，如圖21所示。在[/FILNAM] Enter new jobname 文本框中輸入文件名EXERCISE6，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。（3） 選擇Main Menu|Preferences 命令，出現(xiàn)Preferences for GUT Filtering 對話框，選中Thermal復(fù)選框，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。（5） 在Library of Element Types 的兩個(gè)列表框中分別選擇Thermal Solid、Brick 8node 70選項(xiàng)，在Element type reference number文本框中輸入1.（6） 單擊Apply按鈕，在Library of Element Type的兩個(gè)列表框中分別選擇Thermal Solid、Brick 20node 90選項(xiàng)，在Element type reference number文本框中輸入2。（7） 單擊Element type對話框上的Close按鈕關(guān)閉該對話框。這里主要的材料就是帶輪。分別設(shè)置好帶輪材料的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱和密度，如圖32所示,具體操作如下：（8） 選擇Main Menu|Preprocessor|Material Props|Material Models命令，出現(xiàn)Define Material Model Behavior對話框。（10） 雙擊Define Material Model Behavior對話框上的Specific Heat按鈕，出現(xiàn)Specific Heat Material Number 1 對話框，在文本框中輸入328，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。（12） 在Define Material Model Behavior對話框中選擇Material|Exit命令，關(guān)閉該對話框。圖33 生成矩形面對話框（2） 單擊Apply按鈕，在X1,X2 Xcoordinates ,，在Y1,Y2 ,。（4） 選擇Main Menu|Preprocessor|Modeling|Operate|Booleans|Overlap|Areas命令，出現(xiàn)Overlap Aress菜單，單擊Pick All按鈕。（6） 選擇Utility Menu|Plot|Lines命令，顯示所有線段。圖34 線段倒角對話框（8） 選擇Main Menu|Perprocessor|Modeling|Create|Lines|Line Fillet命令，出現(xiàn)Line Fille菜單，在文本框中輸入14,27，單擊OK按鈕，出現(xiàn)Line Fillet對話框，在NL1，NL2 Intersection lines文本框中輸入14，27，在RAD Fillet ，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。（10） 選擇Main Menu|Preprocessor|Modeling|Create|Lines|Line Fillet命令，出現(xiàn)Line Fille菜單，在文本框中輸入27,19，單擊OK按鈕，出現(xiàn)Line Fillet對話框，在NL1,NL2 Intesecting lines文本框中輸入27,19，在RAD Fillet ，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。（12） 選擇Menu|Preprocessor|Modeling|Create|Keypoints|In Active CS 命令，出現(xiàn)，Create Keypoints In Active Coordinate System對話框，在NPT Keypoints number文本框中輸入25，在X,YZ Location in active CS ,0，如圖35所示，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。（14） 選擇Main Menu|Preprocessor|Modeling|Create|Lines|Lines|Arcs|By End KPsamp。Radius菜單，在文本框中輸入5,6，單擊OK按鈕，出現(xiàn)Arc by End KPsamp。Radius對話框，在RAD Radius of the ，其余選項(xiàng)采用默認(rèn)設(shè)置，如圖36所示，單擊按鈕關(guān)閉該對話框。Radius命令，出現(xiàn)Arc by End KPsamp。Radius菜單，在文本框中輸入26，單擊OK按鈕，出現(xiàn)Arc by End KPsamp。（16） 選擇Main Menu|Preprocessor|Modeling|Create|Areas|Arbitrary|By Lines命令，出現(xiàn)Create Area by L菜單，在文本框中輸入7,36，單擊Apply按鈕，在文本框中輸入5,35，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。（18） 選擇Main Menu|Preprocessor|Modeling|Operate|Booleans|Add|Lines命令，出現(xiàn)Add Lines菜單，在文本框中輸入12,13,17，單擊OK按鈕，出現(xiàn)Add Lines對話框，在KEEP Existing lines will be 下拉列表框中選擇Deleted選項(xiàng)，如圖37所示，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。（20） 選擇Main Menu|Preprocessor|Numbering Ctrls|Compress Numbers命令，出現(xiàn)Compress Numbers對話框，在Label Item to be pressed下拉列表框中選擇All選項(xiàng)，如圖38所示。（22） 選擇Utility Menu|File|Change Title命令，出現(xiàn)Change Title對話框，在文本框中輸入PLANE GEOMETRIC MODEL ,單擊OK按鈕關(guān)閉關(guān)閉該對話框。圖 39 生成的平面幾何模型結(jié)果顯示（24） 選擇Utility Menu|File|Savs as命令，出現(xiàn)Save Database對話框，在Save Database ，保存上述操作過程，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。（26） 選擇Main Menu|Preprocessor|Modeling|Operate|Extrude|Areas|About Axis命令，出現(xiàn)Sweep Areas about菜單，單擊Pick All按鈕，出現(xiàn)Sweep Areas about菜單，在文本框中輸入21,22，單擊OK按鈕，出現(xiàn)Sweep Areas about對話框，在ARC Arc length in ，在NSEG volumes segments 文本框中輸入1，如圖310所示，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。圖310 掃涼面生成體對話框 圖311 視圖觀測方向設(shè)置對話框（28） 選擇Utility Menu|File|Change Title命令，出現(xiàn)Change Title對話框，在文本框中輸入VOLUME OBTAINED THROUGH SWEEPING AREA ABOUT AXIS,單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。圖312 掃涼面生成體結(jié)果顯示（30） 選擇Utility Menu|WorkPlane|Offset WP to|XYZ Locations命令，出現(xiàn)Offset WP to XYZ菜單，,0，如圖313所示，單擊OK按鈕關(guān)閉該菜單。（32） 選擇MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Volumes|Cylinder|Partial Cylinder命令，出現(xiàn)partial Cylinder對話框，如圖315所示，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。（34） 選擇Utility Menu|File|Change Title命令，出現(xiàn)Change Title對話框，在文本框中輸入VOLUME GEOMETRIC MODEL,單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。圖316 生成的幾何模型結(jié)果顯示（36） 選擇Utility Menu|WorkPlane|Offset WP to|Keypoints命令，出現(xiàn)Offset WP to Keypoints菜單，在文本菜單中輸入11，單擊菜單上的OK按鈕關(guān)閉該菜單。（38） 選擇Utility Menu|WorkPlane|Offset WP to|Keypoints命令，出現(xiàn)Offset WP to Keypoints菜單，在文本框中輸入13，單擊OK按鈕關(guān)閉該菜單。（40） 選擇Utility Menu|File|Save as命令，出現(xiàn)Save Database對話框，在Save Database ，保存上述操作過程，單擊Ok按鈕關(guān)閉該對話框。（42） 選擇MainMenu|Preprocessor|Meshing|Size|Cntrls|ManualSize|Global|Size命令，出現(xiàn)Global Element Sizes對話框，在SIZE Element edge ，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。（44） 選擇Untility Menu|Plot|Volumes命令，顯示所有體。（46） 選擇Main Menu|Preprocessor|Meshing|Size Cntrls|ManualSize|Global|Size命令，出現(xiàn)Global Element Sizes對話框，在SIZE E